Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

NO337399B1 - Digital bearing module and detection method - Google Patents

Digital bearing module and detection method Download PDF

Info

Publication number
NO337399B1
NO337399B1 NO20035392A NO20035392A NO337399B1 NO 337399 B1 NO337399 B1 NO 337399B1 NO 20035392 A NO20035392 A NO 20035392A NO 20035392 A NO20035392 A NO 20035392A NO 337399 B1 NO337399 B1 NO 337399B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
signal
digital
sonar
module according
programmable logic
Prior art date
Application number
NO20035392A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO20035392D0 (en
NO20035392L (en
Inventor
Sten Sogaard
Original Assignee
Raymarine Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Raymarine Ltd filed Critical Raymarine Ltd
Publication of NO20035392D0 publication Critical patent/NO20035392D0/en
Publication of NO20035392L publication Critical patent/NO20035392L/en
Publication of NO337399B1 publication Critical patent/NO337399B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/523Details of pulse systems
    • G01S7/526Receivers
    • G01S7/527Extracting wanted echo signals
    • G01S7/5273Extracting wanted echo signals using digital techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/523Details of pulse systems
    • G01S7/526Receivers
    • G01S7/529Gain of receiver varied automatically during pulse-recurrence period
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/96Sonar systems specially adapted for specific applications for locating fish
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S367/00Communications, electrical: acoustic wave systems and devices
    • Y10S367/90Sonar time varied gain control systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

Denne oppfinnelse relaterer seg til et sonarsystem og en fremgangsmåte for å detektere med sonarsystemet. Spesielt relaterer oppfinnelsen seg til et sonarsystem og en fremgangsmåte for detektering for bruk som en hobbyfiskefinner. This invention relates to a sonar system and a method for detecting with the sonar system. In particular, the invention relates to a sonar system and method of detection for use as a hobby fish finder.

Et sonarsystem består typisk av en sender, en transduser, en mottaker og et display. Senderen til sonarsystemet sender en elektrisk puls. Transduseren omformer den elektriske pulsen til en lydbølge og sender lydbølgen gjennom vannet. Når lydbølgen treffer et objekt, spretter lyden tilbake og returnerer til sonarsystemet. Sonarreturbølgen treffer transduseren til sonarsystemet og transduseren omformer sonarreturbølgen til et elektrisk signal. Mottakerfiltrene, forsterker, og detekterer sonarretursignalet. Mottakeren omformer sonarretursignalet til et digitalt signal etter dets detektering og sender det forsterkede signalet til displayet. A sonar system typically consists of a transmitter, a transducer, a receiver and a display. The transmitter of the sonar system sends an electrical pulse. The transducer converts the electrical pulse into a sound wave and sends the sound wave through the water. When the sound wave hits an object, the sound bounces back and returns to the sonar system. The sonar return wave hits the transducer of the sonar system and the transducer converts the sonar return wave into an electrical signal. The receiver filters, amplifies, and detects the sonar return signal. The receiver converts the sonar return signal into a digital signal after its detection and sends the amplified signal to the display.

US6418080B2 beskriver et undervannsdeteksjonsapparat bestående av transduser, sender, bredbåndsmottakerkrets, forforsterker, mikser, filter, hovedforsterker, A/D-omformer og display. US6418080B2 describes an underwater detection apparatus consisting of transducer, transmitter, broadband receiver circuit, preamplifier, mixer, filter, main amplifier, A/D converter and display.

US6445646B2 beskriver en signalprosesseringsmetode og -apparatur, samt sonarsystemer. US6445646B2 describes a signal processing method and apparatus, as well as sonar systems.

US4000650A beskriver en enhet der ultralydpulser blir sendt av en transduser fra toppen av en tank eller beholder og reflektert av materialet den består av og mottatt av den samme US4000650A describes a device in which ultrasonic pulses are sent by a transducer from the top of a tank or container and reflected by the material of which it is composed and received by the same

transduseren. the transducer.

EP261731B1 beskriver en fremgangsmåte og anordning for å måle en bunndybde under en vannoverflate, ved ekko av lyd fra et fartøy som beveger seg på overflaten. Ved hjelp av en sender-/mottakerenhet på fartøyet utstyrt med en målesonde blir ultralydpulser sendt til havbunnen og pulser reflektert herfra mottatt, og tidsforskjellen mellom sending og mottak av den samme pulsen målt og lagret. EP261731B1 describes a method and device for measuring a bottom depth below a water surface, by echoing sound from a vessel moving on the surface. Using a transmitter/receiver unit on the vessel equipped with a measuring probe, ultrasonic pulses are sent to the seabed and pulses reflected from here are received, and the time difference between sending and receiving the same pulse is measured and stored.

Mottakerseksjonen til et konvensjonelt sonarsystem omfatter et analogt filter og en analog detektor. Slike konvensjonelle sonarmottakerseksjoner kan bli bygd ved bruk av et Philips SA604 "Høyytelseslaveffekt FM IF system". Philips SA604 er et monolittisk laveffekt FM mellomfrekvens (IF) system som inkorporerer to begrensende IF forsterkere, en kvadraturdetektor, demping, en logaritmisk mottatt signalstyrkeindikator, og en spenningsregulator. Philips S A604 blir typisk brukt i radioer for bruk som en mellomforsterker. Philips SA604 innbefatter en mottatt signalstyrkeindikator (RSSI) for å sende ut en logaritmisk representasjon av signalstyrken på mellomfrekvensinngangen (IF). The receiver section of a conventional sonar system comprises an analogue filter and an analogue detector. Such conventional sonar receiver sections can be built using a Philips SA604 "High Performance Low Power FM IF System". The Philips SA604 is a monolithic low power FM intermediate frequency (IF) system incorporating two limiting IF amplifiers, a quadrature detector, attenuation, a logarithmic received signal strength indicator, and a voltage regulator. The Philips S A604 is typically used in radios for use as an intermediate amplifier. The Philips SA604 includes a Received Signal Strength Indicator (RSSI) to output a logarithmic representation of the signal strength on the intermediate frequency (IF) input.

En ulempe med konvensjonelle sonarsystemer er at de blir manuelt avstemt under produksjonen og tillater en senere justering av senterfrekvensen. Som et resultat kan avstemming ikke bli optimalisert for bruk med en spesifikk transduser. A disadvantage of conventional sonar systems is that they are manually tuned during production and allow a later adjustment of the center frequency. As a result, tuning may not be optimized for use with a specific transducer.

En ytterligere ulempe med konvensjonelle sonarsystemer er at båndbredden er fast. En fast båndbredde gjør det umulig for sonarsystemet å trekke ut en optimal tid/frekvensrespons i både grunt og dypt vann, og påvirker således oppløsningen. A further disadvantage of conventional sonar systems is that the bandwidth is fixed. A fixed bandwidth makes it impossible for the sonar system to extract an optimal time/frequency response in both shallow and deep water, and thus affects the resolution.

Konvensjonelle sonarsystemer har et dynamisk område på omtrent 120 dB. En analog til digital (A/D) omformer med en minimumsoppløsning på 20 bits er nødvendig for å sample sonarreturbølger digitalt innenfor dette dynamiske området. Kostnadene til en kommersiell tilgjengelig A/D konverter med 20 bits oppløsning er for høy for praktisk bruk i en hobbyfiskefinner. Conventional sonar systems have a dynamic range of approximately 120 dB. An analog to digital (A/D) converter with a minimum resolution of 20 bits is required to digitally sample sonar return waves within this dynamic range. The cost of a commercially available A/D converter with 20 bit resolution is too high for practical use in a hobby fish finder.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et sonarsystem som utfører en digital filtrering og en digital detektering av en sonarbærebølge. It is an object of the invention to provide a sonar system which performs a digital filtering and a digital detection of a sonar carrier wave.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et sonarsystem med høy følsomhet og et bredt dynamisk område. A further object of the invention is to provide a sonar system with high sensitivity and a wide dynamic range.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et sonarsystem med en programmerbar frekvens. A further object of the invention is to provide a sonar system with a programmable frequency.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et sonarsystem med en automatisk avstemming som kan bli optimalisert for bruk med en spesifikk transduser. Another object of the invention is to provide a sonar system with an automatic tuning that can be optimized for use with a specific transducer.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et sonarsystem med en programmerbar båndbredde. Another object of the invention is to provide a sonar system with a programmable bandwidth.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et sonarsystem med en optimal tid/frekvensrespons i både grunt og dypt vann. Another purpose of the invention is to provide a sonar system with an optimal time/frequency response in both shallow and deep water.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en sonarmottakerseksjon med kommersielt tilgjengelige komponenter som har lave kostnader og er regnet for bruk i en hobbyfiskefinner. Another object of the invention is to provide a sonar receiver section with commercially available components which have low costs and are intended for use in a hobby fishing finder.

Problemene og ulemper med de konvensjonelle sonarsystemene beskrevet ovenfor blir overkommet, og andre fordeler blir tilveiebrakt, med den foreliggende oppfinnelsen som er kjennetegnet ved trekkene som er angitt i vedfølgende selvstendige patentkrav 1 eller 14. The problems and disadvantages of the conventional sonar systems described above are overcome, and other advantages are provided, with the present invention which is characterized by the features set forth in the accompanying independent patent claims 1 or 14.

Trekk ved utførelser av foreliggende oppfinnelse i følge anordningspatentkrav 1 eller fremgangsmåtepatentkrav 14 er angitt i de uselvstendige anordningspatentkravene 2-13 og 15-27 henholdsvis det uselvstendige fremgangsmåtepatentkrav 28. Features of embodiments of the present invention according to device patent claim 1 or method patent claim 14 are indicated in the non-independent device patent claims 2-13 and 15-27 respectively in the non-independent method patent claim 28.

Oppfinnelsen innbefatter et sonarsystem med en høy følsomhet, et bredt dynamisk område, en programmerbar frekvens, og en programmerbar båndbredde. Oppfinnelsen innbefatter også en fremgangsmåte for å utføre en digital filtrering og en digital detektering av en sonarreturbølge. The invention includes a sonar system with a high sensitivity, a wide dynamic range, a programmable frequency, and a programmable bandwidth. The invention also includes a method for performing a digital filtering and a digital detection of a sonar return wave.

Oppfinnelsen angår en digital peilemodul. Den digitale peilemodulen innbefatter en sonarbærebølgeproduserende innretning. Et båndpassfilter, en forforsterker for å tilveiebringe en høy følsomhet og dekke et bredt dynamisk område, og en analog til digital omformer for å tilveiebringe en digital implementering av en superheterodyn detektor og produsere en mellomfrekvens. Den digitale peilemodulen innbefatter også en programmerbar, logisk anordning for å kontrollere en forsterkning av forforsterkeren og for digitalt å filtrere mellomfrekvensen og en mikroprosessor. The invention relates to a digital bearing module. The digital sounding module includes a sonar carrier wave producing device. A bandpass filter, a preamplifier to provide a high sensitivity and cover a wide dynamic range, and an analog to digital converter to provide a digital implementation of a superheterodyne detector and produce an intermediate frequency. The digital gauge module also includes a programmable logic device for controlling a gain of the preamplifier and for digitally filtering the intermediate frequency and a microprocessor.

Oppfinnelsen relaterer seg også til en fremgangsmåte for å utføre en digital filtrering og en digital detektering av en sonarreturbølge. Denne fremgangsmåten for detektering av en sonarbærebølge innbefatter å motta en sonarbørebølge, begrense sonarbærebølgen med et båndpassfilter, og forsterke den filtrerte sonarbærebølgen med en forforsterker. Så innbefatter fremgangsmåten å mate den forsterkede sonarbærebølgen til en analog til digital omformer for å produsere en mellomfrekvens av sonarbærebølgen. Så ved å kontrollere forforsterkeren og analog til digital omformeren, blir en programmerbar, logisk anordning utført. Dette trinn blir fulgt av digital filtrering av sonarbærebølgen og digital detektering av sonarbærebølgen. The invention also relates to a method for performing a digital filtering and a digital detection of a sonar return wave. This method of detecting a sonar carrier wave includes receiving a sonar carrier wave, limiting the sonar carrier wave with a bandpass filter, and amplifying the filtered sonar carrier wave with a preamplifier. Then, the method includes feeding the amplified sonar carrier wave to an analog to digital converter to produce an intermediate frequency of the sonar carrier wave. So by controlling the preamplifier and analog to digital converter, a programmable logic device is performed. This step is followed by digital filtering of the sonar carrier and digital detection of the sonar carrier.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til tegningene der figur 1 illustrerer et sonarsystem i samsvar med oppfinnelsen. Figur 2 illustrerer et funksjonsdiagram til en digital peilemodul i samsvar med oppfinnelsen. The invention will now be described with reference to the drawings where Figure 1 illustrates a sonar system in accordance with the invention. Figure 2 illustrates a functional diagram of a digital bearing module in accordance with the invention.

Figur 3 illustrerer en harmonisk sampling av sonarretursignalet. Figure 3 illustrates a harmonic sampling of the sonar return signal.

Figur 4 illustrerer en algoritme for å approksimere den Euklidske avstanden mellom vektorene som er 90 grader ut av fase. Figur 6 illustrerer den logaritmiske funksjonen implementert som en stykkevis lineær lo<gg>2() funksjon. Figur 7 illustrerer en transduser montert på skroget til et fartøy med ekkorefleksjoner fra tre mål på forskjellig dybde. Figur 8A til 8D illustrerer modifikasjonen av ekkoretursignalet av signalbehandlingen til den foreliggende oppfinnelsen. Figure 4 illustrates an algorithm for approximating the Euclidean distance between vectors that are 90 degrees out of phase. Figure 6 illustrates the logarithmic function implemented as a piecewise linear lo<gg>2() function. Figure 7 illustrates a transducer mounted on the hull of a vessel with echo reflections from three targets at different depths. Figures 8A to 8D illustrate the modification of the echo return signal by the signal processing of the present invention.

Oppfinnelsen innbefatter et sonarsystem med en høy følsomhet, et bredt dynamisk område, en programmerbar frekvens, og en programmerbar båndbredde. Oppfinnelsen innbefatter også en fremgangsmåte for å utføre en digital filtrering og en digital detektering av et sonarretursignal. The invention includes a sonar system with a high sensitivity, a wide dynamic range, a programmable frequency, and a programmable bandwidth. The invention also includes a method for performing a digital filtering and a digital detection of a sonar return signal.

Figur 1 illustrerer et sonarsystem 100 i samsvar med oppfinnelsen. Sonarsystemet 100 innbefatter en sonarlydbølge 101, en sonarreturbølge 102, en transduser 103, et sonarretursignal 104, en digital peilemodul (DSM) 150, og et display 124. DSM 150 innbefatter et båndpassfilter 106, et filtrert retursignal 108, en forforsterker 110, et forsterket retursignal 112, en analog til digital (A/D) omformer 115, et mellomfrekvens (If) retursignal 116, en programmerbar logisk anordning (PLD) 118, et digitalisert retursignal 120, en mikroprosessor 122, et komprimert signal 123, og en forforsterkerforsterkningskurve 126, illustrert på figur 8C. Figure 1 illustrates a sonar system 100 in accordance with the invention. The sonar system 100 includes a sonar sound wave 101, a sonar return wave 102, a transducer 103, a sonar return signal 104, a digital bearing module (DSM) 150, and a display 124. The DSM 150 includes a bandpass filter 106, a filtered return signal 108, a preamplifier 110, an amplified feedback signal 112, an analog to digital (A/D) converter 115, an intermediate frequency (If) feedback signal 116, a programmable logic device (PLD) 118, a digitized feedback signal 120, a microprocessor 122, a compressed signal 123, and a preamplifier gain curve 126 , illustrated in Figure 8C.

Som illustrert på figur 7, sender transduseren 103 til sonarsystemet 100 montert på fartøyet 99 en sonarlydbølge 101 ut i vannet. Når sonarbølgen 101 treffer et objekt, slik som eksempelvis objekter A, B og C, reflekteres sonarlydbølgen 101 og returnerer til transduseren 103 til sonarsystemet 100. Sonarreturbølgene 102 treffer transduseren 103 til sonarsystemet 100. As illustrated in figure 7, the transducer 103 of the sonar system 100 mounted on the vessel 99 sends a sonar sound wave 101 into the water. When the sonar wave 101 hits an object, such as for example objects A, B and C, the sonar sound wave 101 is reflected and returns to the transducer 103 of the sonar system 100. The sonar return waves 102 hit the transducer 103 of the sonar system 100.

Transduseren 103 kan være enten en gjennomskrog, en i skrog, eller en vindusmontert transduser. Transduseren 103 sender ut en sonarakustisk bølge 101 ved enten 200 kHz eller 50 kHz i eksempelutførelsene, en hvilken som helst sonarbølge kan virke i samsvar med læren i den foreliggende oppfinnelsen. Transduseren 103 mottar sonarreturbølgen 102, som en serie av refleksjoner av sonarbølgen 101 fra objekter i vannet og fra bunnen til vannlegemet dersom denne ligger innenfor rekkevidden til sonardetekteringsevnene. Gjennom å måle returtiden til ekkoet kan forplantet avstand bli bestemt. Det mottatte ekko blir omformet til et elektrisk sonarretursignal 104. Transduseren 103 sender så sonarretursignalet 104 til DSM 150. De generelle karakteristika til et typisk sonarekkoretursignal 104 med tre ekkoer, er illustrert i ekstremt forenklet form på figur 8A. The transducer 103 can be either a through-hull, an in-hull, or a window-mounted transducer. The transducer 103 emits a sonar acoustic wave 101 at either 200 kHz or 50 kHz in the exemplary embodiments, any sonar wave may operate in accordance with the teachings of the present invention. The transducer 103 receives the sonar return wave 102, as a series of reflections of the sonar wave 101 from objects in the water and from the bottom of the body of water if this is within the range of the sonar detection capabilities. By measuring the return time of the echo, the propagated distance can be determined. The received echo is transformed into an electrical sonar return signal 104. The transducer 103 then sends the sonar return signal 104 to the DSM 150. The general characteristics of a typical sonar return signal 104 with three echoes are illustrated in extremely simplified form in Figure 8A.

PLD kontrollerer systemene og justerer slike parametere som forventet skarplyddybde i avhengighet av returekkokarakteristika eller brukervalgte sonarparametere. For å kunne sende det initielle ikke-modifiserte signalet med minst klipping, er det første båndpassfilteret 106 innstilt med det bredeste båndpasset. Det programmerbare båndpassfilteret som justeres i samsvar med dybden til applikasjonen, er i PLD. Et smalt båndpassfilter blir valgt av PLD for å gi god ytelse i dypt vann og et bredere båndpass blir valgt for grunt vann. Transduseren 103 blir skarpe lyder sendt ut for hver to sekunder til tjueseks ganger pr. sekund, mindre ofte i dypere vann (en gang for hver 20 sekunder) for å tillate ekkoreturtid og mer ofte (opptil tjueseks ganger pr. sekund) i grunt vann. PLD tilpasser et smalt båndpass med mindre hyppige pulser og et bredere båndpass med en mer hyppig pulsrate. The PLD controls the systems and adjusts such parameters as expected sharp sound depth depending on return echo characteristics or user-selected sonar parameters. In order to transmit the initial unmodified signal with the least clipping, the first bandpass filter 106 is set with the widest bandpass. The programmable bandpass filter that adjusts according to the depth of the application is in the PLD. A narrow bandpass filter is chosen by PLD to give good performance in deep water and a wider bandpass is chosen for shallow water. The transducer 103 has sharp sounds sent out every two seconds to twenty-six times per second, less often in deeper water (once every 20 seconds) to allow echo return time and more often (up to twenty-six times per second) in shallow water. PLD adapts a narrow bandpass with less frequent pulses and a wider bandpass with a more frequent pulse rate.

Signalet 104, figur 8A, har en bærefrekvens på 50 til 200 kHz i avhengighet av frekvensen til transduseren 103. Områder med økt størrelse i bølgeformen (A, B og C) indikerer ekkoer til signalet reflektert av objekter i vannet. Tre ekkoer er indikert for forenklede illustrative formål. En retursonar kan ha flere eller færre ekko. Posisjonen langs bølgen er indikerende for dybden til objektet. Ekko A er en refleksjon fra et objekt som ligger nærmere overflaten enn objekt B, som i sin tur er nærmere enn objekt C. Størrelsen m og varigheten / til området med økt størrelse er indikerende på størrelsen til objektet som forårsaker det reflekterte ekkoet. På grunn av karakteristikaene til akustisk sonarekkorefleksjon kan imidlertid ekkorefleksjonene til objekter med tilsvarende størrelser variere betydelig i størrelse i avhengighet av avstanden til objektet. The signal 104, Figure 8A, has a carrier frequency of 50 to 200 kHz depending on the frequency of the transducer 103. Areas of increased magnitude in the waveform (A, B and C) indicate echoes of the signal reflected by objects in the water. Three echoes are indicated for simplified illustrative purposes. A return sonar can have more or fewer echoes. The position along the wave is indicative of the depth of the object. Echo A is a reflection from an object that is closer to the surface than object B, which in turn is closer than object C. The size m and the duration / of the area of increased size are indicative of the size of the object causing the reflected echo. However, due to the characteristics of acoustic sonar echo reflection, the echo reflections of objects of similar sizes can vary significantly in size depending on the distance to the object.

DSM 150 er mottakeren til sonarsystemet 100. En foretrukket utførelse av DSM 150 er en digital implementering av en superheterodyn detektor med en programmerbar frekvens og en programmerbar båndbredde. DSM 150 tilveiebringer et programmerbart frekvensområde på fra 10 kHz til 200 kHz. DSM 150 mottar sonarretursignalet 104 fra transduseren 103 og sonarretursignalet 104 blir innmatettil båndpassfilteret 106 hvor det blir båndpassbegrenset. The DSM 150 is the receiver of the sonar system 100. A preferred embodiment of the DSM 150 is a digital implementation of a superheterodyne detector with a programmable frequency and a programmable bandwidth. The DSM 150 provides a programmable frequency range of 10 kHz to 200 kHz. DSM 150 receives the sonar return signal 104 from the transducer 103 and the sonar return signal 104 is fed to the bandpass filter 106 where it is bandpass limited.

Båndpassfilteret 106 er et typisk bredbåndbåndpassfilter. Båndpassfilteret 106 er sentrert rundt 50 kHz eller 200 kHz (i avhengighet av frekvensen til signalet fra transduseren 1 som bestemt av PLD 118, basert på vannforhold slik som dybde) i en foretrukket utførelse. Valget av frekvens blir kontrollert av PLD 118, basert på forskjellige faktorer, som beskrevet nedenfor. Dette kan lett bli modifisert til å filtrere en hvilken som helst frekvens mellom 10 kHz og 200 kHz. Båndpassfilteret 106 leverer et filtrert signal, 8B til forforsterkeren 110. Båndpassfilteret 106 sender det filtrerte retursignalet 108 til forforsterkeren 110 for modifisering av forforsterkeren i samsvar med en variabel forsterkning. The bandpass filter 106 is a typical broadband bandpass filter. The bandpass filter 106 is centered around 50 kHz or 200 kHz (depending on the frequency of the signal from transducer 1 as determined by PLD 118, based on water conditions such as depth) in a preferred embodiment. The choice of frequency is controlled by the PLD 118, based on various factors, as described below. This can easily be modified to filter any frequency between 10 kHz and 200 kHz. The bandpass filter 106 supplies a filtered signal, 8B to the preamplifier 110. The bandpass filter 106 sends the filtered return signal 108 to the preamplifier 110 for modification of the preamplifier in accordance with a variable gain.

Forforsterkeren 110 er en totrinns differensialvariabelforsterkningsforsterker som benytter operasjonsforsterkere for generelt formål. Forsterkningen til forsterkeren blir innstilt av forsterkningskurven 126. Forforsterkeren 110 tilveiebringer DSM 150 med høyst sensitivt og bredt dynamisk område. Den høye sensitiviteten og det brede dynamisk, området til forforsterkeren 110 tillater bruken av en lavkostnads A/D omformer med en lavere oppløsning samtidig som det opprettholdes det nødvendig dynamiske området til DSM 150. Forforsterkeren 110 blir digitalt kontrollert av PLD 118. Forforsterkeren 110 forsterker det filtrerte retursignalet 108 basert på forforsterkerforsterkningskurven 126 som blir sendt av PLD 118. The preamplifier 110 is a two-stage differential variable gain amplifier using general purpose operational amplifiers. The gain of the amplifier is set by the gain curve 126. The preamplifier 110 provides the DSM 150 with highly sensitive and wide dynamic range. The high sensitivity and wide dynamic range of the preamplifier 110 allows the use of a low-cost A/D converter with a lower resolution while maintaining the necessary dynamic range of the DSM 150. The preamplifier 110 is digitally controlled by the PLD 118. The preamplifier 110 amplifies the filtered return signal 108 based on preamplifier gain curve 126 which is sent by PLD 118.

Forsterkningskurven 126, figur 8C, begynner på et minimums forsterkningsnivå og øker forsterkningen tilveiebrakt til forsterker 110 over tid. På denne måte mottar ekkoer fra større dybder betydelig større forsterkning enn ekko fra grunne dybder. Formen til forsterkningskurven, et viktig trekk ved den foreliggende oppfinnelsen, er antatt for å redusere den signifikante forskjellen i størrelsen mellom signaler fra grunne og dype ekkoer. Siden sonar blir betydelig blir betydelig dempet i vann, vil dess dypere ekkorefleksjonskilden jo større dempning. Ved å tilveiebringe en forsterkning som øker med tid, kan forskjellen i ekkostørrelse bli delvis kompensert for. Størrelsesforskjellen illustrert på figur 8A har blitt delvis kompensert som illustrert på figur 8D. Forforsterkeren 110 sender ut det kompenserte retursignalet 112, figur 8D, til A/D omformeren 114. Gain curve 126, Figure 8C, begins at a minimum gain level and increases the gain provided to amplifier 110 over time. In this way, echoes from greater depths receive significantly greater amplification than echoes from shallower depths. The shape of the gain curve, an important feature of the present invention, is believed to reduce the significant difference in magnitude between signals from shallow and deep echoes. Since sonar is significantly attenuated in water, the deeper the echo reflection source, the greater the attenuation. By providing a gain that increases with time, the difference in echo size can be partially compensated for. The size difference illustrated in Figure 8A has been partially compensated as illustrated in Figure 8D. The preamplifier 110 outputs the compensated return signal 112, Figure 8D, to the A/D converter 114.

Forforsterkerforsterkningskurven 126 øker med dybde og tillater kontinuerlig reprogrammering av et programmerbart filter, som tilveiebringer en optimal ytelse ved en hvilken som helst dybde/pulsbredde. Forforsterkerforsterkningskurven 126 tilveiebringer en sensitivitetstidskontrollfunksjon som reduserer overflategitter og bakgrunnsstøy ved å minske forsterkningen i grunt vann. The preamplifier gain curve 126 increases with depth and allows continuous reprogramming of a programmable filter, which provides optimal performance at any depth/pulse width. The preamplifier gain curve 126 provides a sensitivity timing control function that reduces surface grating and background noise by reducing gain in shallow water.

A/D omformeren 114 er en analog til digital omformer. En foretrukket utførelse av A/D omformeren 114 er en LTC<®>1861 fra Linear Technology Corporation. LTC<®>1861er en 12 bit A/D omformer som tilbyr en programvarevelgbar tokanalmultiplekser. Den forsterkede bærebølgen blir omformet til digital av en A/D omformer. Raten hvorved bærebølgen blir omformet til digital virker som en harmonisk subsampling og bærebølgen blir transformert i en mellomfrekvens når den er digitalisert. A/D omformeren 114 omformer det forsterkede retursignalet 112 til et mellomfrekvenssonarretursignal 116. A/D omformeren 114 sender ut og sender mellomfrekvenssonarretursignalet 116 til PLD 118. The A/D converter 114 is an analog to digital converter. A preferred embodiment of the A/D converter 114 is an LTC<®>1861 from Linear Technology Corporation. The LTC<®>1861 is a 12 bit A/D converter that offers a software-selectable two-channel multiplexer. The amplified carrier wave is transformed into digital by an A/D converter. The rate at which the carrier is converted to digital acts as a harmonic subsampling and the carrier is transformed into an intermediate frequency when digitized. The A/D converter 114 converts the amplified return signal 112 to an intermediate frequency sonar return signal 116. The A/D converter 114 outputs and sends the intermediate frequency sonar return signal 116 to the PLD 118.

PLD 118 er en programmerbar, logisk anordning og arbeider en koprosessor for hovedprosessoren 122. En foretrukket utførelse av PLD 118 er en XILINX Spartan Ile XC2S300E. PLD 118 benytter en forenklet implementering av et ikke-koherent vindu i-fase/kvadratur (IQ) detektor for å filtrere mellomfrekvenssonarretursignalet 116 digitalt. Fremgangsmåte for digitalt å filtrere mellomfrekvenssonarretursignalet 116 er illustrert på figurene 2 til 5 og beskrevet mer detaljert nedenfor. PLD 118 sender ut forforsterkerforsterkningskurven 126 for å kontrollere forforsterkeren 110 og sender ut et digitalisert signal 120 til mikroprosessoren 122. PLD 118 is a programmable logic device and works as a coprocessor for main processor 122. A preferred embodiment of PLD 118 is a XILINX Spartan Ile XC2S300E. The PLD 118 uses a simplified implementation of a non-coherent window in-phase/quadrance (IQ) detector to digitally filter the intermediate frequency sonar return signal 116. Procedures for digitally filtering the intermediate frequency sonar return signal 116 are illustrated in Figures 2 through 5 and described in more detail below. The PLD 118 outputs the preamplifier gain curve 126 to control the preamplifier 110 and outputs a digitized signal 120 to the microprocessor 122 .

Mikroprosessoren 122 er illustrert på figur 6 og beskrevet ytterligere detaljert nedenfor. The microprocessor 122 is illustrated in Figure 6 and described in further detail below.

Displayet 124 mottar det komprimerte signalet 123 fra mikroprosessoren 122 og sender ut et display som kan inneholde vanndybden, temperatur og/eller hastighet som målt av transduseren 103, og et dobbelt eller et delt frekvensfiskefinnerdisplay som detektert av DSM 150. The display 124 receives the compressed signal 123 from the microprocessor 122 and outputs a display that may include the water depth, temperature and/or speed as measured by the transducer 103, and a dual or split frequency fishfinder display as detected by the DSM 150.

Figur 2 illustrerer et funksjonsdiagram til en DSM 150 i samsvar med oppfinnelsen. Funksjonsdiagrammet til DSM 150 innbefatter sonarretursignalet 104, båndpassfilteret 106, det filtrerte retursignalet 108, forforsterkeren 110, det forsterkede signalet 112, en A/D omformer 114, mellomfrekvenssonarretursignalet 116, PLD 118, og det digitaliserte retursignalet 120. PLD 118 innbefatter et vindusfilter 206, et vindusretursignal 208, en effektmålefunksjon 210, et effektsignal 212, en signalkomprimeringsfunksjon 214, forforsterkerforsterkningskurven 126. Figure 2 illustrates a functional diagram of a DSM 150 in accordance with the invention. The functional diagram of the DSM 150 includes the sonar return signal 104, the bandpass filter 106, the filtered return signal 108, the preamplifier 110, the amplified signal 112, an A/D converter 114, the intermediate frequency sonar return signal 116, the PLD 118, and the digitized return signal 120. The PLD 118 includes a window filter 206, a window return signal 208, a power measurement function 210, a power signal 212, a signal compression function 214, the preamplifier gain curve 126.

Det digitale signalet i en eksempelutførelse blir filtrert ved bruk av en enkeltpunkt Fourier transformasjon og et programmerbart Kaiser vindu. Størrelsessignalet blir omformet til en logaritmisk representasjon. The digital signal in an example embodiment is filtered using a single point Fourier transform and a programmable Kaiser window. The size signal is transformed into a logarithmic representation.

Sonarretursignalet 104 blir båndpassbegrenset av båndpassfilteret 106. Det filtrerte retursignalet 108 blir forsterket av forforsterkeren 110 basert på forforsterkerforsterkningskurven 126 som sendt fra PLD 118. Det forsterkede retursignalet 112 blir innmatet i A/D omformeren 114, hvor det blir blandet med et cosinus (|> signal sendt fra PLD 118 og omformet til mellomfrekvenssonarretursignalet 116. PLD 118 setter samlingshastigheten for å sikre at sonarretursignalet er over Nyquist frekvensen. Effekten av denne subsampling er en frekvensforskyvning som blir matematisk beskrevet som "blanding med et cosinus ((> signal". PLD 118 detekterer IF sonarretursignalet 116 ved bruk av en forenklet implementering av et ikke-koherent vindu i-fase / kvadratur (I/Q) detektor. PLD 118 utfører en Fourier transformasjon av mellomfrekvenssonarretursignalet 116. Fourier transformasjonen omformer mellomfrekvenssonarretursignalet 116 til et kompleks retursignal som innbefatter en sann verdi som er et i-fase detektert signal og en imaginær verdi som er et kvadraturdetektert signal. PLD 118 multipliserer så det komplekse retursignalet med vindusfilteret 206. Vindusfilteret 206 setter båndbredden og frekvensavrullingen. En foretrukket utførelse av vindusfilteret 206 er et Kaiser vindu. The sonar return signal 104 is bandpass limited by the bandpass filter 106. The filtered return signal 108 is amplified by the preamplifier 110 based on the preamplifier gain curve 126 as sent from the PLD 118. The amplified return signal 112 is fed into the A/D converter 114, where it is mixed with a cosine (|> signal sent from PLD 118 and transformed into the intermediate frequency sonar return signal 116. PLD 118 sets the collection rate to ensure that the sonar return signal is above the Nyquist frequency. The effect of this subsampling is a frequency shift that is mathematically described as "mixing with a cosine ((> signal). PLD 118 detects the IF sonar return signal 116 using a simplified implementation of a non-coherent window in-phase / quadrature (I/Q) detector. The PLD 118 performs a Fourier transform of the intermediate frequency sonar return signal 116. The Fourier transform transforms the intermediate frequency sonar return signal 116 into a complex return signal that includes a true value which is an in-phase e detected signal and an imaginary value which is a quadrature detected signal. PLD 118 then multiplies the complex return signal with window filter 206. Window filter 206 sets the bandwidth and frequency rolloff. A preferred embodiment of the window filter 206 is a Kaiser window.

Effektmålefunksjonen 210 måler sonarretursignalet 104 ved å ta absoluttverdien til vindusretursignalet 208 ved et innstilt frekvenspunkt. The power measurement function 210 measures the sonar return signal 104 by taking the absolute value of the window return signal 208 at a set frequency point.

Signalkompresjonsfunksjon 214 komprimerer det dynamiske området til DSM 150 ved å ta log2til effektsignalet 212 og sender ut det digitaliserte retursignalet 120. Signal compression function 214 compresses the dynamic range of DSM 150 by taking the log2til power signal 212 and outputs the digitized return signal 120.

Senterfrekvensen til DSM 150 kan endres ved å justere - verdien til vindusfilteret 206. The center frequency of the DSM 150 can be changed by adjusting the value of the window filter 206.

Tids-/frekvensresponsen til DSM 150 kan bli endret ved å justere vindusfunksjonen w[n] til vindusfilteret 206. Figurene 3 A og 3B illustrerer en harmonisk sampling av sonarretursignalet. DSM 150 sampler sonarbølgen ved bruken av harmonisk sampling. DSM 150 "undersampler" sonarbærebølger som inneholder frekvenser over Nyquist samplingsraten (en halvdel av samplingsfrekvensen, fs) som vist på figur 3A. Slik undersampling av sonarretursignalet er mulig siden sonarbærebølgen er et basebåndsignal. Sonarbærebølger som inneholder frekvenser under Nyquist raten blir direkte samplet, som vist på figur 3B. A/D omformeren 114 sampler det forsterkede retursignalet 112 og omformer det forsterkede retursignalet 112 til et mellomfrekvenssonarretursignal 116. Figur 4 illustrerer en algoritme for å approksimere en faseforskyvning. Det er ikke nødvendig å beregne både i-fase og kvadraturkomponenten til mellomfrekvenssonarretursignal et 116. En approksimasjon kan i stedet bli utført ved å approksimere hver komponent som en 90 graders faseforskyvning av den andre. En slik approksimering reduserer kompleksiteten til beregningene med halvparten med bare noen få resulterende mindre feil. PLD 118 approksimerer denne faseforskyvning ved å ta en Fourier transformasjon 400 av w[«]2(;n<?)/*r signalet fra vindusfilteret 206 (vist på figur 2), hvor sign(x) er lik 1 dersom x > 0, 0 dersom x = 0 og -1 dersom x < 0. Kvadratet av et i-fase detektert signal 402 blir tatt av en kvadratfunksjon 404. Et forsinkelseselement 415 produserer et pseudokvadratursignal 416 til det i-fase detekterte i signalet 402. Kvadratet av det pseudokvadratursignalet 416 blir så tatt av en kvadratfunksjon 417. Den Euklidske avstanden 412 blir beregnet ved å ta kvadratroten 410 av summen 406 av kvadratet av i-fase signalet 405 og kvadratet av kvadratursignalet 418. Det digitaliserte sonarretursignalet 120 blir så komprimert og sendt ut av logg2funksjonen 414. The time/frequency response of the DSM 150 can be changed by adjusting the window function w[n] of the window filter 206. Figures 3A and 3B illustrate harmonic sampling of the sonar return signal. The DSM 150 samples the sonar wave using harmonic sampling. The DSM 150 "subsamples" sonar carriers containing frequencies above the Nyquist sampling rate (one half of the sampling rate, fs) as shown in Figure 3A. Such undersampling of the sonar return signal is possible since the sonar carrier wave is a baseband signal. Sonar carriers containing frequencies below the Nyquist rate are directly sampled, as shown in Figure 3B. The A/D converter 114 samples the amplified return signal 112 and converts the amplified return signal 112 into an intermediate frequency sonar return signal 116. Figure 4 illustrates an algorithm for approximating a phase shift. It is not necessary to calculate both the in-phase and quadrature components of the intermediate frequency sonar return et 116. An approximation can instead be made by approximating each component as a 90 degree phase shift of the other. Such an approximation reduces the complexity of the calculations by half with only a few resulting minor errors. PLD 118 approximates this phase shift by taking a Fourier transform 400 of the w[«]2(;n<?)/*r signal from the window filter 206 (shown in Figure 2), where sign(x) is equal to 1 if x > 0 , 0 if x = 0 and -1 if x < 0. The square of an in-phase detected signal 402 is taken by a quadrature function 404. A delay element 415 produces a pseudo-quadrature signal 416 to the in-phase detected in the signal 402. The square of the the pseudo quadrature signal 416 is then taken by a square function 417. The Euclidean distance 412 is calculated by taking the square root 410 of the sum 406 of the square of the in-phase signal 405 and the square of the quadrature signal 418. The digitized sonar return signal 120 is then compressed and output by the log2 function 414.

Figur 5 illustrerer en algoritme for å approksimere den Euklidske avstanden mellom 90 grader ut av fase vektorene. Denne approksimering tilveiebringer også en betydelig minskning av kompleksitet uten noe betydelig samplingstap til sonarretursignalet. Figure 5 illustrates an algorithm for approximating the Euclidean distance between 90 degrees out of the phase vectors. This approximation also provides a significant reduction in complexity without any significant sampling loss to the sonar return signal.

Det filtrerte digitale signalet blir sammenlignet med det tidligere resultatet, og en approksimert størrelse blir beregnet hvor størrelsen = max(y[n-l],y[n-l]) + 0,5<*>min(y[n],y[n-l]). Dette størrelsessignalet blir omformet til logaritmisk representasjon ved hjelp av en approksimert logg2(x) beregning. Den approksimerte logg2er en stykkevis lineær approksimasjon av en logg2funksjon hvor loggverdien blir lineært approksimert mellom alle heltall logg2 verdier. The filtered digital signal is compared with the previous result, and an approximate magnitude is calculated where magnitude = max(y[n-l],y[n-l]) + 0.5<*>min(y[n],y[n-l] ). This magnitude signal is transformed into a logarithmic representation using an approximate log2(x) calculation. The approximated log2 is a piecewise linear approximation of a log2 function where the log value is linearly approximated between all integer log2 values.

PLD 118 approksimerer den Euklidske avstanden 506 ved først å ta en Fourier transformasjon 400 av ^u>[«]2(;n<?)/<*r>signalet fra vindusfilteret 206 (vist på figur 2), The PLD 118 approximates the Euclidean distance 506 by first taking a Fourier transform 400 of the ^u>[«]2(;n<?)/<*r> signal from the window filter 206 (shown in Figure 2),

hvor fortegn (x) er lik 1 dersom x > 0, 0 dersom x = 0, og -1 dersom x < 0. Lengden til det lengste i-fase detekterte signalet 502 blir så addert til halvparten av lengden til det korteste i-fase detekterte signalet 503 for å produsere approksimasjonen av den Euklidske avstanden 506. Det digitaliserte sonarretursignalet 120 blir så komprimert og sendt ut av logg2funksjonen 414. where the sign (x) is equal to 1 if x > 0, 0 if x = 0, and -1 if x < 0. The length of the longest in-phase detected signal 502 is then added to half the length of the shortest in-phase detected signal 503 to produce the approximation of the Euclidean distance 506. The digitized sonar return signal 120 is then compressed and output by the log2 function 414.

Figur 6 illustrerer den logaritmiske funksjonen implementert som en stykkevis lineær logg2() funksjon. En venstreforskyvning av størrelsessignalet fra den digitale sonarmodulen blir utført inntil en "1" opptrer i den mest signifikante biten. Signalet blir så sendt gjennom en multiplekser og et register. Figure 6 illustrates the logarithmic function implemented as a piecewise linear log2() function. A left shift of the magnitude signal from the digital sonar module is performed until a "1" appears in the most significant bit. The signal is then sent through a multiplexer and a register.

Claims (28)

1. Digital peilemodul,karakterisert vedat den omfatter: en sonartransduser for å sende akustisk sonarbølge med en valgt frekvens og pulsrate og for å motta ekko fra den sendte akustiske sonarbølgen reflektert fra objekter og for omforming av den mottatte, akustiske sonarbølgen i et første elektrisk signal, et båndpassfilter for å tilveiebringe en første bred båndpassfiltrering på det første signalet for å produsere et andre signal, en forsterker for kontrollert forsterkning av det andre signalet for å produsere et tredje signal, en analog til digital omformer for å motta det tredje signalet og tilveiebringe en digital sampling av dette signalet, en programmerbar, logisk anordning for å tilveiebringe et variabelt forsterkningskontrollsignal til forsterkeren for normalisering av amplituden til reflekterte ekkoer innenfor det andre signalet ved å øke forsterkning i forhold til avstanden til den nevnte ekkorefleksjonskilden fra sonartransduseren, og en mikroprosessor.1. Digital sounding module, characterized in that it comprises: a sonar transducer for transmitting acoustic sonar waves with a selected frequency and pulse rate and for receiving echoes from the transmitted acoustic sonar waves reflected from objects and for converting the received acoustic sonar waves into a first electrical signal, a bandpass filter for providing a first wide bandpass filtering on the first signal to produce a second signal, an amplifier for controlled amplification of the second signal to produce a third signal, an analog to digital converter for receiving the third signal and providing a digital sampling this signal, a programmable logic device for providing a variable gain control signal to the amplifier for normalizing the amplitude of reflected echoes within the second signal by increasing gain in proportion to the distance of said echo reflection source from the sonar transducer, and a microprocessor. 2. Digital peilemodul ifølge krav 1,karakterisert vedat båndpassfilteret er et bredbåndfilter.2. Digital gauge module according to claim 1, characterized in that the bandpass filter is a broadband filter. 3. Digital peilemodul ifølge krav 2,karakterisert vedat båndpassfilteret er sentrert rundt 50 kHz eller 20 kHz.3. Digital gauge module according to claim 2, characterized in that the bandpass filter is centered around 50 kHz or 20 kHz. 4. Digital peilemodul ifølge krav 2,karakterisert vedat båndpassfilteret er modifisert til å filtrere en hvilken som helst frekvens mellom 10 kHz og 200 kHz.4. Digital gauge module according to claim 2, characterized in that the bandpass filter is modified to filter any frequency between 10 kHz and 200 kHz. 5. Digital peilemodul ifølge krav 1,karakterisert vedat forsterkeren er programmerbar og tilveiebringer en optimal ytelse ved en hvilken som helst dybde/pulsbredde.5. Digital sounding module according to claim 1, characterized in that the amplifier is programmable and provides an optimal performance at any depth/pulse width. 6. Digital peilemodul ifølge krav 1,karakterisert vedat det variable forsterkningskontrollsignalet normaliserer amplituden til en sonarpuls ved å øke forsterkningen over tid fra det initielle mottaket av et pulsekko til avslutningen av mottak av et pulsekko.6. Digital bearing module according to claim 1, characterized in that the variable gain control signal normalizes the amplitude of a sonar pulse by increasing the gain over time from the initial reception of a pulse echo to the end of reception of a pulse echo. 7. Digital peilemodul ifølge krav 6,karakterisert vedat en forsterkning til forsterkerne blir innstilt via en digital programmerbar tilbakekoblingsmotstand.7. Digital gauge module according to claim 6, characterized in that a gain to the amplifiers is set via a digitally programmable feedback resistor. 8. Digital peilemodul ifølge krav 7,karakterisert vedat forsterkeren tilveiebringer en sensitivitetstidskontrollfunksjon som reduserer overflategitter og bakkgrunnsstøy ved å minske forsterkningen i grunt vann.8. Digital sounding module according to claim 7, characterized in that the amplifier provides a sensitivity time control function which reduces surface grating and background noise by reducing the amplification in shallow water. 9. Digital peilemodul ifølge krav 1,karakterisert vedat forsterkeren blir kontrollert digitalt av en forsterkningskurve sendt fra den programmerbare, logiske anordningen.9. Digital gauge module according to claim 1, characterized in that the amplifier is digitally controlled by a gain curve sent from the programmable logic device. 10. Digital peilemodul ifølge krav 9,karakterisert vedat forsterkningskurven øker med dybde og tillater en kontinuerlig reprogrammering av et programmerbart filter.10. Digital sounding module according to claim 9, characterized in that the gain curve increases with depth and allows a continuous reprogramming of a programmable filter. 11. Digital peilemodul ifølge krav 1,karakterisert vedat analog til digital omformeren omfatter: en omformingsrate for å omforme det tredje signalet til et digitalisert retursignal som virker som en harmonisk subsampling, hvori det tredje signalet blir omformet til en mellomfrekvens.11. Digital gauge module according to claim 1, characterized in that the analog to digital converter comprises: a conversion rate to convert the third signal into a digitized return signal which acts as a harmonic subsampling, in which the third signal is converted to an intermediate frequency. 12. Digital peilemodul ifølge krav 1,karakterisert vedat den programmerbare, logiske anordningen arbeider som en kompressor for hovedprosessoren.12. Digital gauge module according to claim 1, characterized in that the programmable logic device works as a compressor for the main processor. 13. Digital peilemodul ifølge krav 12,karakterisert vedat den programmerbare, logiske anordningen utfører en forenklet implementeringen av en ikke-koherent vindu i-fase/kvadraturdetektor for å filtrere mellomfrekvensretursignalet digitalt.13. Digital gauge module according to claim 12, characterized in that the programmable logic device performs a simplified implementation of a non-coherent window in-phase/quadrance detector to digitally filter the intermediate frequency return signal. 14. Fremgangsmåte for å detektere en sonarbærebølge, hvilke fremgangsmåten omfatter: å motta en sonarbærebølge, å begrense sonarbærebølgen med et båndpassfilter, å forsterke den filtrerte sonarbærebølgen med en forsterker, å mate den forsterkede sonarbærebølgen til en analog til digital omformer for å produsere en mellomfrekvens av sonarbærebølgen, å kontrollere forsterkeren og analog til digital omformeren med en programmerbar, logisk anordning, å filtrere sonarbærebølgen digitalt, og å detektere digitalt sonarbærebølgen.14. Method of detecting a sonar carrier wave, the method comprising: receiving a sonar carrier wave, limiting the sonar carrier wave with a bandpass filter, amplifying the filtered sonar carrier wave with an amplifier, feeding the amplified sonar carrier wave to an analog to digital converter to produce an intermediate frequency of the sonar carrier wave , controlling the amplifier and analog to digital converter with a programmable logic device, digitally filtering the sonar carrier wave, and digitally detecting the sonar carrier wave. 15. Digital peilemodul ifølge krav 1, hvori det tredje signalet er en forsterket bærebølge.15. Digital bearing module according to claim 1, in which the third signal is an amplified carrier wave. 16. Digital peilemodul ifølge krav 1, hvori den programmerbare logiske innretningen også tilveiebringer en harmonisk subsamplingrate, coscj), til analog til digital omformeren slik at den reflekterte sendte sonarbølgen er over Nyquistfrekvensen.16. Digital bearing module according to claim 1, wherein the programmable logic device also provides a harmonic subsampling rate, coscj), to the analog to digital converter such that the reflected transmitted sonar wave is above the Nyquist frequency. 17. Digital peilemodul ifølge krav 1, hvori mikroprosessoren tilveiebringer en utgang for fremvisning av de reflekterte ekko.17. Digital bearing module according to claim 1, in which the microprocessor provides an output for displaying the reflected echoes. 18. Digital peilemodul ifølge krav 1, hvori den programmerbare logiske innretningen tilveiebringer en approksimert log2-funksjon, hvori log-verdien er lineært approksimert mellom alle heltall log2 verdier.18. Digital bearing module according to claim 1, in which the programmable logic device provides an approximated log2 function, in which the log value is linearly approximated between all integer log2 values. 19. Digital peilemodul ifølge krav 18, hvori den programmerbare logiske innretningen videre omfatter et vindusfilter for å overføre et vindusretursignal til en effektmålefunksjon, hvilken effektmålefunksjon overfører et effektsignal til en signalkompresjonsfunksjon, hvilken signalkompresjonsfunksjon overfører et signal til mikroprosessoren.19. Digital gauge module according to claim 18, wherein the programmable logic device further comprises a window filter to transmit a window return signal to a power measurement function, which power measurement function transmits a power signal to a signal compression function, which signal compression function transmits a signal to the microprocessor. 20. Digital peilemodul ifølge krav 1, hvori analog til digital omformeren er en 12 bit analog til digital omformer.20. Digital gauge module according to claim 1, in which the analog to digital converter is a 12 bit analog to digital converter. 21. Digital peilemodul ifølge krav 11, hvori den harmoniske subsamplingen blir utført ved å undersample det tredje signalet som inneholder frekvenser over Nyquistsamplingraten og å direktesample de tredje signalene som inneholder frekvenser under Nyquistraten.21. Digital sounding module according to claim 11, in which the harmonic subsampling is performed by subsampling the third signal containing frequencies above the Nyquist sampling rate and directly sampling the third signals containing frequencies below the Nyquist rate. 22. Digital peilemodul ifølge krav 11, hvori den programmerbare logiske innretningen implementerer en ikke-koherent vinduet i-fase/kvaratur, I/Q,-detektor og utfører Fouriertransformering av det tredje signalet på mellomfrekvens, hvilken Fouriertransformering omformer det tredje signalet på mellomfrekvens til et komplekst retursignal som inkluderer en reell verdi som er et i-fase-detektert signal og en imaginær verdi som er et kvadratur-detektert signal, hvilken programmerbare logiske innretning så multipliserer det komplekse retursignalet med et vindusfilter, hvilket vindusfilter setter båndbredden og frekvensen, hvilken programmerbare logiske innretning tilveiebringer et cosc|>-signal til analog til digital omformeren, hvilken programmerbare logiske innretning setter den harmoniske sub-sampling-raten til analog til digital omformeren slik at den reflekterte sendte sonarbølgen er over Nyquistfrekvensen, og en stykkevis lineær approksimasjon av en log2-funksjon, hvori log-verdien blir lineært approksimert mellom alle heltall log2 verdier.22. Digital sounding module according to claim 11, wherein the programmable logic device implements a non-coherent windowed in-phase/quadrature, I/Q, detector and performs Fourier transformation of the third signal at intermediate frequency, which Fourier transformation transforms the third signal at intermediate frequency into a complex return signal including a real value which is an in-phase detected signal and an imaginary value which is a quadrature detected signal, which programmable logic device then multiplies the complex return signal with a window filter, which window filter sets the bandwidth and frequency, which programmable logic facility provision a cosc|> signal to the analog-to-digital converter, which programmable logic device sets the harmonic sub-sampling rate of the analog-to-digital converter such that the reflected transmitted sonar wave is above the Nyquist frequency, and a piecewise linear approximation of a log2 function, in which the log value is linearly approximated between all integer log2 values. 23. Digital peilemodul ifølge krav 22, hvori den programmerbare logiske innretningen utfører en algoritme for å approksimere en faseforskyvning, hvor denne approksimeringen utføres ved å approksimere enten i-fase-komponenten eller kvadraturkomponenten av det tredje signalet på mellomfrekvens som en 90 graders forskyvning av den andre, og approksimeringen deler kompleksiteten til beregningene til det halve.23. Digital sounding module according to claim 22, wherein the programmable logic device executes an algorithm for approximating a phase shift, wherein this approximation is performed by approximating either the in-phase component or the quadrature component of the third intermediate frequency signal as a 90 degree shift of the second, and the approximation cuts the complexity of the calculations in half. 24. Digital peilemodul ifølge krav 23, hvori den programmerbare logiske innretningen approksimerer faseforskyvningen ved å ta en Fouriertransform av -signalet fra vindusfilteret, hvor sign(x) er lik 1 hvis x>0, 0 hvis x=0 og -1 hvis x<0.24. Digital bearing module according to claim 23, in which the programmable logic device approximates the phase shift by taking a Fourier transform of the -signal from the window filter, where sign(x) is equal to 1 if x>0, 0 if x=0 and -1 if x<0. 25 Digital peilemodul ifølge krav 23, hvori den programmerbare logiske innretningen approksimerer en Euklidisk avstand ved å ta en Fouriertransform av '^ dw\ ntyJne)' k-signalet fra vindusfilteret, hvor sign(x) er lik 1 hvis x>0, 0 hvis x=0 og -1 hvis x<0, og så addere lengden av det lengste i-fase-detekterte signalet til halve av lengden av det korteste i-fase-detekterte signalet for å fremstille approksimasjonen av den andre Euklidiske avstanden.25 Digital bearing module according to claim 23, wherein the programmable logic device approximates a Euclidean distance by taking a Fourier transform of the '^ dw\ ntyJne)' k signal from the window filter, where sign(x) is equal to 1 if x>0, 0 if x =0 and -1 if x<0, and then add the length of the longest in-phase detected signal to half the length of the shortest in-phase detected signal to produce the approximation of the second Euclidean distance. 26. Digital peilemodul ifølge krav 22, hvori vindusfilteret er et programmerbart Kaiser-vindusfilter.26. Digital bearing module according to claim 22, wherein the window filter is a programmable Kaiser window filter. 27. Digital peilemodul ifølge krav 26, hvori den programmerbare logiske innretningen tilveiebringer et programmerbart Kaiser-vindusfilter for å overføre et vindusretursignal til en effektmålefunksjon, hvilken effektmålefunksjon overfører et effektsignal til en signalkompresjonsfunksjon, hvilken signalkompresjonsfunksjon overfører et signal til en mikroprosessor.27. The digital gauge module of claim 26, wherein the programmable logic device provides a programmable Kaiser window filter to transmit a window return signal to a power measurement function, which power measurement function transmits a power signal to a signal compression function, which signal compression function transmits a signal to a microprocessor. 28. Fremgangsmåte ifølge krav 14, videre omfattende hvori båndpassfilteret er et justerbart båndpassfilter, hvori forsterkeren er en totrinns differensial-variableforsterkings-forsterker hvori forsterkerens forsterkning settes ved en forsterkningskurve mottatt fra den programmerbare logiske innretningen, hvori matingen omfatter å innmate den forsterkete sonarbærebølgen inn i analog til digital omformeren hvilken analog til digital omformer omformer den forsterkete sonarbærebølgen ved en harmonisk subsamplingrate, coscj), levert fra den programmerbare logiske innretningen for å fremstille en digital mellomfrekvens av sonarbærebølgen, hvori den programmerbare logiske innretningen kontrollerer forsterkeren ved å utføre detekteringen og filtreringen på mellomfrekvens-sonarbærebølgen med en ikke-koherent vinduet i-fase-/kvadratur-detektor, å komprimere den digitaliserte sonarbærebølgen med en log2-funksjon, og å levere utgang fra den programmerbare logiske innretningen til en mikroprosessor og et display.28. Method according to claim 14, further comprehensive wherein the bandpass filter is an adjustable bandpass filter, wherein the amplifier is a two-stage differential variable gain amplifier wherein the gain of the amplifier is set by a gain curve received from the programmable logic device, wherein the feeding comprises feeding the amplified sonar carrier wave into the analog to digital converter which analog to digital converter converts the amplified sonar carrier wave at a harmonic subsampling rate, coscj), supplied from the programmable logic device to produce a digital intermediate frequency of the sonar carrier wave, wherein the programmable logic device controls the amplifier by performing the detection and filtering on the intermediate frequency sonar carrier with a non-coherent windowed in-phase/quadrance detector, compressing the digitized sonar carrier wave with a log2 function, and providing output from the programmable logic device to a microprocessor and a display.
NO20035392A 2002-12-05 2003-12-04 Digital bearing module and detection method NO337399B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US43093902P 2002-12-05 2002-12-05
US10/704,606 US6950372B2 (en) 2002-12-05 2003-11-12 Digital sounder module and method for detecting

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO20035392D0 NO20035392D0 (en) 2003-12-04
NO20035392L NO20035392L (en) 2004-06-07
NO337399B1 true NO337399B1 (en) 2016-04-04

Family

ID=32393599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20035392A NO337399B1 (en) 2002-12-05 2003-12-04 Digital bearing module and detection method

Country Status (4)

Country Link
US (2) US6950372B2 (en)
JP (1) JP4883883B2 (en)
NO (1) NO337399B1 (en)
NZ (1) NZ529876A (en)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4892177B2 (en) * 2003-11-12 2012-03-07 レイマリン エルティーディー Digital sounding instrument module and detection method
GB0717031D0 (en) 2007-08-31 2007-10-10 Raymarine Uk Ltd Digital radar or sonar apparatus
AU2011203226B2 (en) * 2007-08-31 2012-07-19 FLIR Belgium BVBA Digital radar apparatus
JP5411417B2 (en) * 2007-09-11 2014-02-12 古野電気株式会社 Pulse signal transmission / reception device and transmission / reception method
US8082100B2 (en) 2007-10-19 2011-12-20 Grace Ted V Watercraft automation and aquatic effort data utilization
US20100097891A1 (en) * 2008-10-22 2010-04-22 Nature Vision Inc. Auto tune sonar system
WO2013063515A2 (en) 2011-10-26 2013-05-02 Flir Systems, Inc. Wideband sonar with pulse compression
CN204495996U (en) 2011-10-26 2015-07-22 菲力尔系统公司 broadband sonar receiver
US10444354B2 (en) 2011-10-26 2019-10-15 Flir Systems, Inc. Sonar data enhancement systems and methods
US20140180629A1 (en) * 2012-12-22 2014-06-26 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne Epfl Method and a system for determining the geometry and/or the localization of an object
EP2818842B1 (en) 2013-06-26 2017-11-08 Co.L.Mar. S.R.L. Method and system of acoustic monitoring for the detection of leaks in underwater structures containing a fluid under pressure
US10012731B2 (en) 2014-04-03 2018-07-03 Johnson Outdoors Inc. Sonar mapping system
US10545235B2 (en) 2016-11-01 2020-01-28 Johnson Outdoors Inc. Sonar mapping system
CN109946684B (en) * 2019-03-08 2022-10-25 哈尔滨工程大学 Broadband sonar transmitter with large output dynamic range
CN111722208B (en) * 2020-06-05 2021-07-20 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所 Underwater fish school analog equalizer and equalization method thereof
CN114417685B (en) * 2022-01-07 2024-07-30 北京中安智能信息科技有限公司 Sonar parameter recommendation method under multiple constraint conditions

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4000650A (en) * 1975-03-20 1977-01-04 Bindicator Company Method and apparatus for ultrasonic material level measurement
EP0261731B1 (en) * 1986-09-16 1994-03-16 Eurosense Hoversounding N.V. Method and device for measuring the depth of the bottom under a water surface
US6418080B2 (en) * 2000-03-31 2002-07-09 Furuno Electric Company, Limited Underwater detection apparatus
US6445646B1 (en) * 1999-07-28 2002-09-03 Furuno Electric Company, Limited Signal processing method and apparatus, and sonar systems

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5861482A (en) * 1981-10-07 1983-04-12 Agency Of Ind Science & Technol Sonic prospecting device
JP3099034B2 (en) * 1992-03-03 2000-10-16 古野電気株式会社 Fish finder
JP2875118B2 (en) * 1992-10-22 1999-03-24 株式会社カイジョー Ultrasonic detector
US5706352A (en) * 1993-04-07 1998-01-06 K/S Himpp Adaptive gain and filtering circuit for a sound reproduction system
JP3255856B2 (en) * 1996-09-20 2002-02-12 沿岸海洋調査株式会社 Ultrasonic sand level meter
JPH11142425A (en) * 1997-11-10 1999-05-28 Furuno Electric Co Ltd Flow velocity measuring device and ultrasonograph
JP3950248B2 (en) * 1998-02-26 2007-07-25 株式会社光電製作所 Fish finder
JPH11258335A (en) * 1998-03-09 1999-09-24 Furuno Electric Co Ltd Underwater detection device
JP2000249762A (en) * 1999-02-26 2000-09-14 Honda Electronic Co Ltd Fish detector
JP2000341353A (en) * 1999-05-26 2000-12-08 Aloka Co Ltd Signal detector
JP3477403B2 (en) * 1999-08-18 2003-12-10 三菱重工業株式会社 Radio ranging method
NZ505896A (en) 2000-07-21 2003-05-30 Ind Res Ltd Method and apparatus for assessing or predicting characteristics of wood or other materials by varying frequency of acoustic transmitter and sensing a response
JP2002311129A (en) * 2001-04-17 2002-10-23 Furuno Electric Co Ltd Receiver circuit of underwater detection apparatus
JP5341288B2 (en) * 2001-04-27 2013-11-13 古野電気株式会社 Fish finder

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4000650A (en) * 1975-03-20 1977-01-04 Bindicator Company Method and apparatus for ultrasonic material level measurement
US4000650B1 (en) * 1975-03-20 1995-11-14 Endress Hauser Gmbh Co Method and apparatus for ultrasonic material level measurement
EP0261731B1 (en) * 1986-09-16 1994-03-16 Eurosense Hoversounding N.V. Method and device for measuring the depth of the bottom under a water surface
US6445646B1 (en) * 1999-07-28 2002-09-03 Furuno Electric Company, Limited Signal processing method and apparatus, and sonar systems
US6418080B2 (en) * 2000-03-31 2002-07-09 Furuno Electric Company, Limited Underwater detection apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004184420A (en) 2004-07-02
US7106657B2 (en) 2006-09-12
NO20035392D0 (en) 2003-12-04
NO20035392L (en) 2004-06-07
NZ529876A (en) 2005-04-29
US6950372B2 (en) 2005-09-27
US20040109388A1 (en) 2004-06-10
JP4883883B2 (en) 2012-02-22
US20060013067A1 (en) 2006-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7106657B2 (en) Digital sounder module and method for detecting
US11385348B2 (en) Wideband sonar receiver and sonar signal processing algorithms
US6296612B1 (en) Method and apparatus for adaptive wall filtering in spectral Doppler ultrasound imaging
CN109884631B (en) Method and system for processing calibration data in satellite-borne synthetic aperture radar
CA1232961A (en) Method of and device for scanning objects by ultrasound echography
JP5840868B2 (en) Frequency detection method and apparatus
US8593908B2 (en) Method for determining an echo distance in an acoustic pulse-echo ranging system
JP2004184420A5 (en)
UA30234U (en) System for near-in hydroacoustic continuous monitoring underwater situation of offshore zone marginal waters
NO149365B (en) PROCEDURE AND DEVICE FOR REMOTE DETECTION OF MARINE SURFACE CONDITIONS
CN101856242A (en) Doppler imaging method and Doppler imaging device for pulse waves
JP2005148050A (en) Digital sounding device module and sensing method
JPH0228116B2 (en)
RU2658075C1 (en) Method of signals superresolution by time in active location
JP3390673B2 (en) Water level measurement method
JP2951045B2 (en) Ultrasonic reflection intensity measurement device
JP5470108B2 (en) Underwater detection device and underwater detection method
Moszynski et al. TIME-VARIED-GAIN CORRECTION FOR DIGITAL ECHOSOUNDERS.
US6173614B1 (en) Method and device for measuring the height of the cutting table
JPH088921B2 (en) Ultrasonic pulse Doppler diagnostic device
EP0980009B1 (en) Radar
JPH07260924A (en) Sea clutter suppression method
WO2001038899A1 (en) Signal processing apparatus
CN116008978A (en) Frequency-phase-combined radar snow depth measuring method
JPH03139337A (en) Ultrasonic diagnosis apparatus based on ctfm system

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees